Ti pieghi in avanti. Inspiri. Il cervello decide se il melone è maturo o il latte è acido.
Anche un mouse fa lo stesso, ma più velocemente. Anche freneticamente.
Una nuova ricerca della Northwestern University suggerisce che, nonostante la differenza di velocità, il meccanismo neurale sottostante è quasi identico. Non si tratta solo di annusare. È una questione di tempismo.
Due studi pubblicati su Science Advances rivelano che il modo in cui gli esseri umani e i topi elaborano gli odori si basa su un sistema evolutivamente conservato. I topi possono eseguire singoli sniff intenzionali. Gli esseri umani, nonostante respirino lentamente, generano gli stessi ritmi cerebrali che i roditori usano quando annusano rapidamente.
Questa non è solo curiosità accademica. Cambia il modo in cui guardiamo al declino neurologico.
La logica evolutiva dietro l’olfatto condiviso
Il cervello tratta l’olfatto come una decisione attiva, non come una ricezione passiva.
Gli animali controllano il flusso delle molecole degli odori. Dettano i tempi. Questo è importante perché se non controlli l’assunzione, non controlli i dati.
I roditori sono famosi per la loro rapida capacità di annusare. Umani? Prendiamo forse un’annusata ogni pochi secondi. È lento in confronto. Per anni gli scienziati si sono chiesti: come può un essere umano identificare un odore in modo così rapido e preciso come un topo se campiona l’aria dieci volte più lentamente?
I team della Northwestern hanno affrontato questo enigma dalle estremità opposte dell’albero dei mammiferi.
Un gruppo ha studiato i topi. Li osservarono maneggiare il cibo, portarlo al naso e fermarsi. Queste non erano le frenetiche ricerche annusate. Erano respiri singoli e deliberati.
L’altro gruppo ha registrato direttamente dai bulbi olfattivi umani. Queste sono le strutture che ricevono i primi segnali neurali dal naso.
I risultati convergevano. La tempistica è la stessa. Il meccanismo è condiviso.
“La vera somiglianza è questa singola annusata… è volontaria; lo fanno apposta.” — John M. Barrett, Università della Northwestern
Singolo abile annusa i topi
Lo studio sul mouse è iniziato con qualcosa che facilmente ti sfuggiresti.
I ricercatori guidati da Gordon M. G. Shepherd hanno utilizzato un sistema robotico multi-camera per monitorare i topi che si muovono liberamente. Cercavano i momenti in cui gli animali si fermavano e portavano il cibo al naso.
Invece del solito campionamento a fuoco rapido, i topi hanno fatto un respiro attentamente cronometrato.
Sembrava un’ispezione. Un rapido controllo prima di impegnarsi nel morso.
Quando il cibo non era appetitoso, l’odore era più forte. Ma l’odore da solo non lo ha innescato. Se i ricercatori accecavano i topi, eseguivano comunque l’annusata. Si fermava solo quando la corteccia motoria veniva messa a tacere.
Ciò dimostra che il comportamento è proattivo, non riflessivo. I topi scelgono di annusare.
“Si scopre che i topi scelgono di eseguire questi rapidi ‘controlli dell’olfatto’… piuttosto che essere attivati passivamente per annusare. Mang Gao
Questa è la prima volta che un simile fiuto intenzionale e non riflessivo viene documentato nei roditori durante il foraggiamento naturale. Rispecchia l’atto umano di portare il cibo al naso per valutarlo.
Oscillazioni theta: il segnale dell’olfatto umano
Se i topi usano annusate rapide per guidare la loro elaborazione olfattiva, gli esseri umani usano qualcos’altro.
Lo studio sull’uomo, condotto da Christina Zelano e Andrew Sheriff, ha registrato l’attività nei bulbi olfattivi dei volontari. Hanno chiesto ai partecipanti di fare un unico respiro intenzionale.
Quella singola inalazione ha innescato onde cerebrali a bassa frequenza. Oscillazioni theta. Nello specifico, ritmi nella gamma 2–8 Hz.
Questa è l’esatta gamma di frequenza utilizzata dai roditori per l’annusamento rapido.
Nei topi, l’annusare e l’onda theta sono fusi. Sono quasi indistinguibili. La respirazione è il ritmo.
Negli esseri umani la respirazione è più lenta. Ma l’onda theta persiste. Organizza le esplosioni più veloci di attività neurale all’interno di un unico respiro. Una lenta inspirazione attiva diversi cicli di elaborazione interna. Il cervello divide i dati, analizza l’odore e prende una decisione, tutto nell’arco di un solo respiro.
Il cervello umano comprime la stessa struttura temporale in un’azione fisica più lenta.
“Negli esseri umani, la velocità di sniffing più lenta li separa [sniffing e theta], rivelando l’oscillazione theta come distinta.” — Qiaohan Yang
Ciò conferma che il modo in cui gli esseri umani e i topi elaborano gli odori è governato dalle stesse finestre temporali sottostanti, anche se l’esecuzione fisica differisce drasticamente.
Perché questo è importante per il rilevamento delle malattie
Comprendere i circuiti olfattivi sani è l’unico modo per individuare quando falliscono.
I cambiamenti nel comportamento di annusare sono stati a lungo associati a condizioni neurodegenerative. Autismo, Alzheimer e Parkinson mostrano tutti alterazioni nella funzione olfattiva.
Se il meccanismo neurale sottostante fosse conservato in tutte le specie, allora le interruzioni in questi ritmi condivisi potrebbero essere i primi biomarcatori della patologia.
“Sapere che abbiamo questo insieme di meccanismi evolutivamente controversi ci aiuta a capire… come falliscono nella patologia. Andrew Sheriff
Non stiamo guardando due sistemi separati. Stiamo esaminando un sistema antico, adattato a diverse frequenze respiratorie. I topi lo eseguono a regimi elevati. Gli umani lo rallentano ma mantengono intatto il motore principale.
Questo disegno condiviso suggerisce che il modo in cui raccogliamo informazioni attraverso l’olfatto è fondamentale per la nostra sopravvivenza come mammiferi. Guida ciò che mangiamo, ciò che evitiamo e quando ci muoviamo.
Il topo controlla la briciola. L’umano controlla il melone. Il cervello fa il resto.
